(57)【要約】  本発明は、被着体上にフリップチップ接続によって固定された第１半導体素子；前記被着体と前記第１半導体素子との間の空間および前記第１半導体素子を埋める接着層；および前記接着層を媒介として前記第１半導体素子と結合された第２半導体素子；を含み、前記接着層は、所定の溶融粘度およびチキソトロピー指数を有する半導体装置および、所定の溶融粘度およびチキソトロピー指数を有する半導体用接着剤を利用した半導体装置の製造方法を提供する。
2019509620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被着体上にフリップチップ接続によって固定される第１半導体素子；
前記被着体と前記第１半導体素子との間の空間および前記第１半導体素子を埋める接着層；および
前記接着層を媒介として前記第１半導体素子と結合された第２半導体素子；を含み、
前記接着層は１１０℃の温度および５ｒａｄ／ｓのせん断速度で１０乃至１０，０００Ｐａ・ｓの溶融粘度を有し、
５ｒａｄ／ｓのせん断速度および１１０℃温度での前記接着層の溶融粘度に対する０．５ｒａｄ／ｓのせん断速度および１１０℃温度での前記接着層の溶融粘度の比率で定義されるチキソトロピー指数が１．５乃至７．５である、半導体装置。
【請求項２】
前記被着体と前記第１半導体素子との間の空間および前記第１半導体素子を埋める接着層は連続相である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記接着層は、−１０℃乃至３０℃のガラス転移温度を有する熱可塑性樹脂；異なる粘度を有する２種以上の液状エポキシ樹脂；およびフェノール樹脂を含む硬化剤；を含む、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記異なる粘度を有する２種以上の液状エポキシ樹脂は、２５℃で１ｍＰａ・ｓ乃至５００ｍＰａ・ｓの溶融粘度を有する低粘度の液状エポキシ樹脂を含む、請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記異なる粘度を有する２種以上の液状エポキシ樹脂は、２５℃で１，０００ｍＰａ・ｓ乃至２０，０００ｍＰａ・ｓの溶融粘度を有する高粘度の液状エポキシ樹脂を含む、請求項３に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記接着層は、２５℃で１ｍＰａ・ｓ乃至５００ｍＰａ・ｓの溶融粘度を有する低粘度の液状エポキシ樹脂および２５℃で１，０００ｍＰａ・ｓ乃至２０，０００ｍＰａ・ｓの溶融粘度を有する高粘度の液状エポキシ樹脂を１：１０乃至１０：１の重量比で含む、請求項３に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記熱可塑性樹脂は、エポキシ系作用基を含む（メタ）アクリレート系繰り返し単位を含む（メタ）アクリレート系樹脂を含む、請求項３に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記（メタ）アクリレート系樹脂は、エポキシ系作用基を含む（メタ）アクリレート系繰り返し単位０．１重量％乃至２５重量％を含む、請求項３に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記接着層は固形エポキシ樹脂をさらに含む、請求項３に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記固形エポキシ樹脂の軟化点は５０℃乃至１２０℃である、請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記フェノール樹脂対比前記異なる粘度を有する２種以上の液状エポキシ樹脂の重量比が０．３乃至１．５である、請求項３に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記フェノール樹脂は６０℃以上の軟化点を有する、請求項３に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記硬化剤はアミン系硬化剤、および酸無水物系硬化剤からなる群より選択された１種以上の化合物をさらに含む、請求項３に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記接着層は、無機充填剤およびレオロジー（Ｒｈｅｏｌｏｇｙ）変更剤からなる群より選択された１種以上をさらに含む、請求項３に記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記レオロジー（Ｒｈｅｏｌｏｇｙ）変更剤は１００ｎｍ未満の直径を有するシリカ、ベントナイト系化合物、極微細沈降性炭酸カルシウム、有機ベントナイト系化合物、表面処理炭酸カルシウム系化合物、金属石けん系化合物、水添ヒマシ油、ポリアミドワックス、酸化ポリエチレン系化合物、植物油、重合油、亜麻仁重合油、および二量体脂肪酸からなる群より選択された１種以上の化合物を含む、請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記無機充填剤は１００ｎｍ以上の直径を有するシリカ、アルミナ、硫酸バリウム、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、ケイ酸マグネシウム、酸化マグネシウム、ケイ酸カルシウム、炭酸カルシウム、酸化カルシウムのようなカルシウム系、アルミナ、水酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、ほう酸アルミニウムホイスカー、ジルコニウム系化合物およびアンチモンビスマス系化合物からなる群より選択された１種以上の化合物を含む、請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記接着層は無機充填剤１０乃至５０重量％をさらに含む、請求項３に記載の半導体装置。
【請求項１８】
前記被着体の一面から前記第２半導体素子の一面までの距離が１０μｍ乃至１，０００μｍである、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１９】
被着体と前記被着体上にフリップチップ接続によって固定された第１半導体素子との間の空間および前記第１半導体素子を半導体用接着剤で埋める段階；および
前記半導体用接着剤上に第２半導体素子を接着する段階；を含み、
前記半導体用接着剤は１１０℃の温度および５ｒａｄ／ｓのせん断速度で１０乃至１０，０００Ｐａ・ｓの溶融粘度を有し、
５ｒａｄ／ｓのせん断速度および１１０℃温度での前記接着剤の溶融粘度に対する０．５ｒａｄ／ｓのせん断速度および１１０℃温度での前記接着剤の溶融粘度の比率で定義されるチキソトロピー指数が１．５乃至７．５である、半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記被着体と前記被着体上にフリップチップ接続によって固定された第１半導体素子との間の空間および前記第１半導体素子を半導体用接着剤で埋める段階は、
前記半導体用接着剤だけを用いて前記被着体と第１半導体素子との間の空間および前記第１半導体素子を同時または順次に埋める段階を含む、請求項１９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
前記被着体と前記被着体上にフリップチップ接続によって固定された第１半導体素子との間の空間と前記第１半導体素子を半導体用接着剤で埋める段階は、
前記被着体と前記被着体上にフリップチップ接続によって固定された第１半導体素子との間の空間および前記第１半導体素子を半導体用接着剤で埋めた状態で、前記半導体用接着剤上に第２半導体素子を接着し、５０乃至２００℃の温度および０．０１乃至１．０ＭＰａの圧力下で硬化させる段階を含む、請求項１９に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[関連出願の相互参照]
本出願は、２０１６年３月３１日付の韓国特許出願第１０−２０１６−００３９２４９号および２０１７年３月３１日付の韓国特許出願第１０−２０１７−００４１４１４号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
【０００２】
本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関し、より具体的に、既存のアンダーフィル工程を省略して半導体製造工程の効率を大きく向上させることができ、信号伝達効率および伝達速度を向上させることができる構造を有する半導体装置と上述した半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
最近、電子機器の小型化、高機能化、大容量化の傾向が拡大し、これに伴う半導体パッケージの高密度化、高集積化に対する必要性が急激に大きくなることによって、半導体チップの大きさがますます大きくなっており、集積度の側面でも改善するためにチップを多段に積層するスタックパッケージ方法が次第に増加している。
【０００４】
このようなスタックパッケージ方法としては、半導体ペレットの電極部とリードフレームまたはステム上に設置した導体層の間を細い金やアルミニウムなどの金属線で接続するワイヤーボンディング方法や半導体チップを回路基板に付着させる時に金属リード（ワイヤー）のような追加的な連結構造やボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）のような中間媒体を使用せずにチップ下面の電極パターンを利用してそのまま融着させるフリップチップ方法などが知られている。
【０００５】
一方、半導体装置での信号伝達の容易性を高めたり半導体素子の作動を制御するために制御用半導体素子（コントローラ）が備えられているが、このような制御用半導体素子を適切に固定できない場合半導体パッケージの信号伝達効率や速度が低下する現象が発生でき、多段のスタックパッケージ過程で半導体素子の構造が不安定になることができ、半導体装置の製造収率や信頼性が低下できる。
【０００６】
一方、集積回路（ＩＣ）を中心とした素子の保護のために、エポキシ樹脂を中心に各種樹脂を利用した樹脂包装が行われており、近来の小型化および軽量化に伴ってＩＣの実装方法は表面実装と呼ばれる直接ＩＣなどの素子を基板に搭載し液状樹脂を利用して包装する方法が主に使用されている（Ｕｎｄｅｒ−Ｆｉｌｌ工程）。
【０００７】
このようなアンダーフィル工程は、熱的機械的疲労の問題を解決するための方法であって、具体的には、エポキシ樹脂などのように接着力に優れた高分子材料に無機粒子を充填させてソルダの熱膨張係数に近接した値を有するようにした後、これをチップと印刷回路基板との間の隙に埋める工程を意味し、この時に使用される無機粒子が充填された高分子複合材料をアンダーフィル（Ｕｎｄｅｒ−ｆｉｌｌ）という。
【０００８】
一般に知られたアンダーフィル材料は液状形態であるため、高い流動性を有するアンダーフィルが所望していない部分に流出して不必要な汚染をまたは製品の不良を招いたり高密度の実装を難しくする問題点がある。このような問題点を防止するために、素子周囲にダム（Ｄａｍ）という垣根を形成する方式が使用されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、既存のアンダーフィル工程を省略して半導体製造工程の効率を大きく向上させることができ、信号伝達効率および伝達速度を向上させることができる構造を有する半導体装置を提供する。
【００１０】
また、本発明は、既存のアンダーフィル工程を省略して半導体製造工程の効率を大きく向上させることができ、信号伝達効率および伝達速度を向上させることができる構造を有する半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本明細書では、被着体上にフリップチップ接続によって固定された第１半導体素子；前記被着体と前記第１半導体素子との間の空間および前記第１半導体素子を埋める接着層；および前記接着層を媒介として前記第１半導体素子と結合された第２半導体素子を含み、
前記接着層は１１０℃の温度および５ｒａｄ／ｓのせん断速度で１０乃至１０，０００Ｐａ・ｓの溶融粘度を有し、
５ｒａｄ／ｓのせん断速度および１１０℃温度での前記接着層の溶融粘度に対する０．５ｒａｄ／ｓのせん断速度および１１０℃温度での前記接着層の溶融粘度の比率で定義されるチキソトロピー指数が１．５乃至７．５である、半導体装置が提供される。
【００１２】
また、本明細書では、被着体と前記被着体上にフリップチップ接続によって固定された第１半導体素子との間の空間と前記第１半導体素子を半導体用接着剤で埋める段階；および前記半導体用接着剤上に第２半導体素子を接着する段階を含み、
前記半導体用接着剤は１１０℃の温度および５ｒａｄ／ｓのせん断速度で１０乃至１０，０００Ｐａ・ｓの溶融粘度を有し、
５ｒａｄ／ｓのせん断速度および１１０℃温度での前記接着剤の溶融粘度に対する０．５ｒａｄ／ｓのせん断速度および１１０℃温度での前記接着剤の溶融粘度の比率で定義されるチキソトロピー指数が１．５乃至７．５である、半導体装置の製造方法が提供される。
【００１３】
以下、本発明の具体的な実施形態による半導体装置および半導体装置の製造方法についてより詳細に説明する。
【００１４】
本発明の一実施形態によれば、被着体上にフリップチップ接続によって固定された第１半導体素子；前記被着体と前記第１半導体素子との間の空間および前記第１半導体素子を埋める接着層；および前記接着層を媒介として前記第１半導体素子と結合された第２半導体素子を含み、前記接着層は１１０℃の温度および５ｒａｄ／ｓのせん断速度で１０乃至１０，０００Ｐａ・ｓの溶融粘度を有し、５ｒａｄ／ｓのせん断速度および１１０℃温度での前記接着層の溶融粘度に対する０．５ｒａｄ／ｓのせん断速度および１１０℃温度での前記接着層の溶融粘度の比率で定義されるチキソトロピー指数が１．５乃至７．５である、半導体装置が提供されうる。
【００１５】
本発明者らは、特定の溶融粘度を有する接着層を使用して前記フリップチップ接続によって固定された被着体および第１半導体素子の間の空間と前記第１半導体を共に埋める方法を通して、既存のアンダーフィル工程を省略して半導体製造工程の効率を大きく向上させることができ、信号伝達効率および伝達速度を向上させることができる構造を有する半導体装置を製造して発明を完成した。
【００１６】
具体的に、１１０℃の温度および５ｒａｄ／ｓのせん断速度で１０乃至１０，０００Ｐａ・ｓの溶融粘度、または４０乃至５，０００Ｐａ・ｓの溶融粘度を有する接着層を用いることによって、フリップチップ接続によって固定された被着体と第１半導体素子との間の空間をより容易に埋めることができ、同時に前記第２半導体素子のボンディング過程で前記接着層が第１半導体素子に接触しながらせん断力が加わると、接着層の流動性が増加して前記第１半導体素子をより効果的かつ効率的に埋めることができる。
【００１７】
また、前記接着層が上述した物性を満足することによって、前記フリップチップ接続によって固定された被着体と第１半導体素子との間の空間の埋立および第２半導体素子の埋立に他の材料を使用せず、上述した接着層だけで埋立が可能である。これによって、前記被着体と前記第１半導体素子との間の空間および前記第１半導体素子を埋める接着層は連続相でありうる。
【００１８】
前記‘連続相’は、前記被着体と前記第１半導体素子との間の空間および前記第１半導体素子が同一材料を通して同時または順次に埋められることによって、最終製品で別途の層に区別されないという点を意味する。例えば、前記接着層を形成する成分を前記被着体と前記第１半導体素子との間の空間および前記第１半導体素子を埋める際に共に使用することができる。また、前記接着層を形成する成分を用いて前記被着体と第１半導体素子との間の空間および前記第１半導体素子を同時または順次に埋めても前記接着層は連続相でありうる。
【００１９】
より詳しくは、前記接着層が１１０℃の温度および５ｒａｄ／ｓのせん断速度で示す溶融粘度が低すぎれば前記接着層を媒介として前記第１半導体素子と第２半導体素子を結合（ダイボンディング）する過程で第２半導体素子の周縁に接着剤が流出してフィレットが形成されることができる。また、前記接着層が１１０℃の温度および５ｒａｄ／ｓのせん断速度で示す溶融粘度が高すぎれば、流れが低下して前記フリップチップ接続によって固定された被着体と第１半導体素子との間の空間の埋立や前記第１半導体素子と第２半導体素子との間の固定や埋立が難しくなったり、第２半導体素子の反りが激しくなることができて、追加的な多段積層が難しくなることができる。
【００２０】
前記‘埋立’は、前記接着層で半導体素子の外部面や所定の空間を覆ったりコーティングして外部への露出の部分が実質的に存在しなくなる状態を意味する。
【００２１】
また、５ｒａｄ／ｓのせん断速度および１１０℃温度での前記接着層の溶融粘度に対する０．５ｒａｄ／ｓのせん断速度および１１０℃温度での前記接着層の溶融粘度の比率で定義されるチキソトロピー指数が１．５乃至７．５、または２．０乃至７でありうる。
【００２２】
前記チキソトロピー指数は５ｒａｄ／ｓのせん断速度および１１０℃温度での前記接着層の溶融粘度に対する０．５ｒａｄ／ｓのせん断速度および１１０℃温度での前記接着層の溶融粘度の比率である。
【００２３】
前記接着層の１１０℃でのチキソトロピー指数（Ｔｈｉｘｏｔｒｏｐｉｃ  Ｉｎｄｅｘ）は１．５乃至７．５、または２．０乃至７である。前記接着層の１１０℃でのチキソトロピー指数が１．５未満であれば、前記接着層を用いて第２半導体素子を固定する時に接着層が流れることができ、半導体装置製造の信頼性が大きく低下できる。また、前記接着層の１１０℃でのチキソトロピー指数が７．５超過であれば、前記接着層を用いてダイボンディング時に初期粘度が非常に高くなって第１半導体素子を埋めにくくなり、ダイボンディング以降に第２半導体素子の反りが発生することができる。
【００２４】
前記接着層のチキソトロピー指数は、接着層に含まれる主要成分の調整または変更する方法、接着層の主要成分と選択的に含まれる無機充填剤の含有量を調節する方法、または、接着層の製造時にレオロジー（Ｒｈｅｏｌｏｇｙ）変更剤を添加する方法などを通して調節することができる。
【００２５】
前記第１半導体素子および第２半導体素子は、それぞれ１０μｍ乃至５００μｍ、または１５μｍ乃至１００μｍ、または１５μｍ乃至８０μｍの厚さを有することができる。
【００２６】
前記被着体の一面から前記第２半導体素子の一面までの距離が１０μｍ乃至１，０００μｍ、または１５μｍ乃至５００μｍ、または２０μｍ乃至３００μｍでありうる。
【００２７】
そして、前記第１半導体素子の一面から前記第２半導体素子の一面までの距離が５μｍ乃至３００μｍ、または１０μｍ乃至２００μｍでありうる。
【００２８】
一方、前記接着層は１１０℃の温度および５ｒａｄ／ｓのせん断速度で１０乃至１０，０００Ｐａ・ｓの溶融粘度を有し、５ｒａｄ／ｓのせん断速度および１１０℃温度での前記接着層の溶融粘度に対する０．５ｒａｄ／ｓのせん断速度および１１０℃温度での前記接着層の溶融粘度の比率で定義されるチキソトロピー指数が１．５乃至７．５であり、前記溶融粘度およびチキソトロピー指数に関する条件を満足しながら、熱可塑性樹脂；エポキシ樹脂；およびフェノール樹脂を含む硬化剤を含んでもよい。
【００２９】
前記熱可塑性樹脂の例が限定されるのではないが、例えばポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエステルイミド、ポリアミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、フェノキシ、反応性ブタジエンアクリロニトリル共重合ゴム、（メタ）アクリレート系樹脂、これらの２種以上の混合物、またはこれらの２種以上の共重合体が挙げられる。
【００３０】
前記熱可塑性樹脂はエポキシ系作用基を含む（メタ）アクリレート系繰り返し単位を含む（メタ）アクリレート系樹脂を含んでもよい。
【００３１】
具体的に、前記（メタ）アクリレート系樹脂はエポキシ系作用基を含む（メタ）アクリレート系繰り返し単位を含み、−１０℃乃至３０℃のガラス転移温度を有する（メタ）アクリレート系樹脂でありうる。
【００３２】
前記（メタ）アクリレート系樹脂はエポキシ系作用基を含む（メタ）アクリレート系繰り返し単位０．１重量％乃至２５重量％を含んでもよい。前記エポキシ系作用基はエポキシ基またはグリシジル基を含んでもよい。
【００３３】
一方、前記接着層は−１０℃乃至３０℃のガラス転移温度を有する熱可塑性樹脂；異なる粘度を有する２種以上の液状エポキシ樹脂；およびフェノール樹脂を含む硬化剤；を含んでもよい。
【００３４】
前記接着剤が前記熱可塑性樹脂およびフェノール樹脂を含む硬化剤と共に異なる粘度を有する２種以上の液状エポキシ樹脂を含むことによって、前記フリップチップ接続によって固定された被着体と第１半導体素子との間の空間の埋立や前記第１半導体素子と第２半導体素子との間の固定をより容易にすることができ、また、前記第１半導体素子と第２半導体素子を結合（ダイボンディング）する過程で第２半導体素子の周縁に接着剤が流出してフィレットが形成される現象を防止することができる。
【００３５】
異なる粘度を有する２種以上の液状エポキシ樹脂は、異なる粘度範囲を有する２種類以上の液状エポキシ樹脂を含んでもよい。
【００３６】
より具体的に、前記異なる粘度を有する２種以上の液状エポキシ樹脂は、２５℃で１ｍＰａ・ｓ乃至５００ｍＰａ・ｓの溶融粘度を有する低粘度の液状エポキシ樹脂を含んでもよい。
【００３７】
また、前記異なる粘度を有する２種以上の液状エポキシ樹脂は、２５℃で１，０００ｍＰａ・ｓ乃至２０，０００ｍＰａ・ｓの溶融粘度を有する高粘度の液状エポキシ樹脂を含んでもよい。
【００３８】
また、前記異なる粘度を有する２種以上の液状エポキシ樹脂は、上述した低粘度の液状エポキシ樹脂および高粘度の液状エポキシ樹脂以外の液状エポキシ樹脂をさらに含んでもよい。
【００３９】
より具体的に、前記接着層は、２５℃で１ｍＰａ・ｓ乃至５００ｍＰａ・ｓの溶融粘度を有する低粘度の液状エポキシ樹脂および２５℃で１，０００ｍＰａ・ｓ乃至２０，０００ｍＰａ・ｓの溶融粘度を有する高粘度の液状エポキシ樹脂を１：１０乃至１０：１の重量比、または２：８乃至８：２の重量比で含んでもよい。前記接着層において、低粘度の液状エポキシ含有量が高すぎると、第２半導体素子の周辺にフィレットが発生したりその発生量が増加できる。また、前記接着層において、低粘度の液状エポキシ含有量が低すぎると、第１半導体素子およびバンプの埋立性低下が発生することができる。
【００４０】
一方、前記接着層は、液状エポキシ樹脂と共に固形エポキシ樹脂をさらに含み、上述した接着層の特性をより容易に実現することができる。
【００４１】
前記固形エポキシ樹脂および液状エポキシ樹脂を共に用いることによって、前記接着層の硬化度調節が容易で接着性能を高めることができるだけでなく、上述した１１０℃で前記接着層が有するチキソトロピー指数を１．５乃至７．５に調節することができる。
【００４２】
また、前記固形エポキシ樹脂および液状エポキシ樹脂を共に用いることによって、前記接着層は適正な流動性を有することができ、例えば、前記接着層は１１０℃の温度および５ｒａｄ／ｓのせん断速度で１０乃至１０，０００Ｐａ・ｓの溶融粘度を有することができる。
【００４３】
前記液状エポキシ樹脂は、前記−１０℃乃至３０℃のガラス転移温度を有する熱可塑性樹脂およびフェノール樹脂を含む硬化剤と共に接着成分の基材（またはマトリックス）を形成することができ、前記接着層が相対的に低い粘度を有しながらも優れた接着力と半導体に最適化した流動特性を有するようにし、同時に高い破断強度および低い破断伸び率を有するようにする。
【００４４】
前記固形エポキシ樹脂の具体的な例としては、ビフェニル系エポキシ樹脂、ビスフェノールＡエポキシ樹脂、ビスフェノールＦエポキシ樹脂、クレゾールノボラックエポキシ樹脂、フェノールノボラックエポキシ樹脂、４官能性エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、アルキル変性トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂およびジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂からなる群より選択された１種以上の高分子樹脂が挙げられる。
【００４５】
前記固形エポキシ樹脂の軟化点は５０℃乃至１２０℃でありうる。前記固形エポキシ樹脂の軟化点が低すぎれば、前記半導体接着用樹脂組成物の粘着力が過度に高くなることができる。前記固形エポキシ樹脂の軟化点が高すぎれば、前記接着層が高温で低い流動性を有することができ、接着力も低下できる。
【００４６】
前記固形エポキシ樹脂は、１００乃至１，０００のエポキシ当量を有することができる。
【００４７】
前記フェノール樹脂は６０℃以上、または６０℃乃至１６０℃の軟化点を有することができる。
【００４８】
前述のように、６０℃以上の軟化点を有するフェノール樹脂を用いることによって、前記液状エポキシ樹脂および前記−１０℃乃至３０℃のガラス転移温度を有する熱可塑性樹脂と共に接着成分の基材（またはマトリックス）を形成することができ、前記接着層が常温でより高い引張モジュラスと優れた接着力を有するようにして、半導体に最適化した流動特性を有するようにする。
【００４９】
特に、前記フェノール樹脂対比前記異なる粘度を有する２種以上の液状エポキシ樹脂の重量比が０．３乃至１．５でありうる。
【００５０】
前記フェノール樹脂対比前記液状エポキシ樹脂の重量比が高すぎれば、前記接着層の溶融粘度が低くなって常温で粘着特性を有するようになり、常温での引張モジュラスが低くなり引張率が大きく増加できる。また、前記フェノール樹脂対比前記液状エポキシ樹脂の重量比が低すぎれば、常温で伸張時に発生するモジュラスが高すぎたり常温での引張率が大きく低下して最終製品の製造収率が大きく低下できる。
【００５１】
前記液状エポキシ樹脂はビフェニル系エポキシ樹脂、ビスフェノールＡエポキシ樹脂、ビスフェノールＦエポキシ樹脂、クレゾールノボラックエポキシ樹脂、フェノールノボラックエポキシ樹脂、４官能性エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、アルキル変性トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂およびジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂からなる群より選択された１種以上を含んでもよい。
【００５２】
前記硬化剤はアミン系硬化剤、および酸無水物系硬化剤からなる群より選択された１種以上の化合物をさらに含んでもよい。
【００５３】
前記接着層は硬化触媒をさらに含んでもよい。
【００５４】
前記硬化触媒は前記硬化剤の作用や前記接着層の硬化を促進させる役割を果たし、半導体接着層などの製造に使用するものと知られている硬化触媒を特に制限なしに使用することができる。例えば、前記硬化触媒としては、リン系化合物、ホウ素系化合物およびリン−ホウ素系化合物およびイミダゾール系化合物からなる群より選択された１種以上を使用することができる。
【００５５】
前述のように、前記接着層のチキソトロピー指数は、接着層の製造時にレオロジー（Ｒｈｅｏｌｏｇｙ）変更剤を添加する方法でも調節することができる。前記レオロジー変更剤を用いることによって、せん断力が加わらない際には素材が化学的結合がなくても網構造を形成して形状を維持でき、せん断力が加わる場合には網構造が崩れる現象が示すことができる。そのため、前記接着層はダイボンディング前またはダイボンディング後にせん断力が加わらないと流れずに形態を維持でき、ダイボンディング時に接着樹脂にせん断力が加わると流動性が増加して埋立性に有利な物性および性能を有することができる。
【００５６】
具体的に、前記接着層は無機充填剤およびレオロジー（Ｒｈｅｏｌｏｇｙ）変更剤からなる群より選択された１種以上をさらに含んでもよい。
【００５７】
前記接着層に含むことができる無機充填剤の種類は特に制限はなく、一般的な有機充填剤または無機充填剤を使用することができ、好ましくは無機充填剤を使用することができる。前記無機充填剤の具体的な例としては、１００ｎｍ以上の直径を有するシリカ（例えば、１００ｎｍ以上の直径を有する湿式シリカ）、アルミナ、硫酸バリウムなどを使用することができ、イオン性不純物を吸着して信頼性を向上させることができるイオン吸着剤を無機充填剤として使用することもできる。このようなイオン吸着剤としては特に制限はなく、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、ケイ酸マグネシウム、酸化マグネシウムのようなマグネシウム系、ケイ酸カルシウム、炭酸カルシウム、酸化カルシウムのようなカルシウム系、アルミナ、水酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、ほう酸アルミニウムホイスカーのようなアルミニウム系、そしてジルコニウム系、アンチモンビスマス系などをイオン吸着剤として用いることができ、これらの２種以上を混合して使用することもできる。
【００５８】
前記接着層に含むことができるレオロジー変更剤としては関連技術分野において知られている成分を用いることができ、例えば、１００ｎｍ未満の直径を有するシリカ（例えば、１００ｎｍ未満の直径を有する乾式シリカ）などの合成微分シリカ系、ベントナイト系、極微細沈降性炭酸カルシウム、有機ベントナイト系、表面処理炭酸カルシウム系、金属石けん系、水添ヒマシ油、ポリアミドワックス、酸化ポリエチレン系、植物油系、重合油系、亜麻仁重合油、二量体脂肪酸、またはこれらの２種以上の混合物を使用することができる。
【００５９】
このようなレオロジー変更剤のより具体的な例としては、米国、マサチューセッツ州、ボストン所在のキャボットコーポレーション（Ｃａｂｏｔ  Ｃｏｒｐ．）から商標名“カブ−オ−シル（ＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ）”やドイツ、エッセン所在のエボニックインダストリーズ（Ｅｖｏｎｉｋ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）の商標名“エアロシル（ＡＥＲＯＳＩＬ）”などが挙げられる。
【００６０】
前記接着層が無機充填剤を含む場合、接着層のチキソトロピー指数、流動性および埋立性などを考慮して無機充填剤を適正含有量で含むことができ、例えば前記接着層は無機充填剤１０乃至５０重量％を含んでもよい。
【００６１】
また、前記接着層がレオロジー変更剤を含む場合にも、接着層のチキソトロピー指数、流動性および埋立性などを考慮してレオロジー変更剤を適正含有量で含むことができ、例えば前記接着層はレオロジー変更剤０．１乃至１５重量％を含んでもよい。但し、前記接着層中にレオロジー変更剤の含有量が過多となる場合コーティング溶液の製造時に未分散状態が発生するだけでなく、前記接着層の粘度が急激に高くなり埋立性が大きく低下できる。
【００６２】
また、前記接着層が無機充填剤およびレオロジー変更剤を共に含む場合、無機充填剤およびレオロジー変更剤の重量の和が接着層中に５乃至５０重量％でありうる。
【００６３】
第１半導体素子がフリップチップ接続によって固定する被着体の素材としては、基板やリードフレーム、他の半導体素子などが挙げられる。基板としては、印刷配線基板などの従来公知の基板を使用することができる。また、前記リードフレームとしては、Ｃｕリードフレーム、４２Ａｌｌｏｙリードフレームなどの金属リードフレームやガラスエポキシ、ＢＴ（ビスマレイミド−トリアジン）、ポリイミドなどを含んでなる有機基板を使用することができる。しかし、被着体素材が前記に限定されるものではなく、半導体素子をマウントして半導体素子と電気的に接続して使用可能な回路基板は特に制限なく使用することができる。
【００６４】
発明の他の実施形態によれば、被着体と前記被着体上にフリップチップ接続によって固定された第１半導体素子との間の空間と前記第１半導体素子を半導体用接着剤で埋める段階；および、前記半導体用接着剤上に第２半導体素子を接着する段階を含み、前記半導体用接着剤は、１１０℃の温度および５ｒａｄ／ｓのせん断速度で１０乃至１０，０００Ｐａ・ｓの溶融粘度を有し、５ｒａｄ／ｓのせん断速度および１１０℃温度での前記接着剤の溶融粘度に対する０．５ｒａｄ／ｓのせん断速度および１１０℃温度での前記接着剤の溶融粘度の比率で定義されるチキソトロピー指数が１．５乃至７．５である、半導体装置の製造方法が提供される。
【００６５】
前述のように、前記溶融粘度およびチキソトロピー指数に関する内容を満足する半導体用接着剤を用いると、前記フリップチップ接続によって固定された被着体および第１半導体素子の間の空間と前記第１半導体を共に埋める方法を通して、既存のアンダーフィル工程を省略して半導体製造工程の効率を大きく向上させることができ、信号伝達効率および伝達速度を向上させることができる構造を有する半導体装置を提供することができる。
【００６６】
１１０℃の温度および５ｒａｄ／ｓのせん断速度で１０乃至１０，０００Ｐａ・ｓの溶融粘度、または４０乃至５，０００Ｐａ・ｓの溶融粘度を有する半導体用接着剤を用いることによって、フリップチップ接続によって固定された被着体と第１半導体素子との間の空間をより容易に埋めることができ、同時に前記第２半導体素子のボンディング過程で前記半導体用接着剤が第１半導体素子に接触しながらせん断力が加わると、半導体用接着剤の流動性が増加して前記第１半導体素子をより効果的かつ効率的に埋めることができる。
【００６７】
また、５ｒａｄ／ｓのせん断速度および１１０℃温度での前記半導体用接着剤の溶融粘度に対する０．５ｒａｄ／ｓのせん断速度および１１０℃温度での前記半導体用接着剤の溶融粘度の比率で定義されるチキソトロピー指数が１．５乃至７．５、または２．０乃至７でありうる。
【００６８】
前記半導体用接着剤の１１０℃でのチキソトロピー指数（Ｔｈｉｘｏｔｒｏｐｉｃ  Ｉｎｄｅｘ）は１．５乃至７．５、または２．０乃至７である。前記半導体用接着剤の１１０℃でのチキソトロピー指数が１．５未満であれば、前記半導体用接着剤を用いて第２半導体素子を固定する時に接着層が流れることができ、半導体装置製造の信頼性が大きく低下できる。また、前記半導体用接着剤の１１０℃でのチキソトロピー指数が７．５超過であれば、前記半導体用接着剤を用いてダイボンディング時に初期粘度が非常に高くなって第１半導体素子を埋めにくくなり、ダイボンディング以降に第２半導体素子の反りが発生することができる。
【００６９】
前記で製造される半導体装置は前記一実施形態の半導体用装置であり、前記実施形態の製造方法に対する詳しい内容は、前記一実施形態の半導体用装置について上述した内容を全て含む。
【００７０】
一方、前記実施形態の半導体装置の製造方法で、前記被着体と前記被着体上にフリップチップ接続によって固定された第１半導体素子との間の空間および前記第１半導体素子を半導体用接着剤で埋める段階は、前記半導体用接着剤だけを用いて前記被着体と第１半導体素子との間の空間および前記第１半導体素子を同時または順次に埋める段階を含む。
【００７１】
前記被着体と前記第１半導体素子との間の空間および前記第１半導体素子が前記半導体用接着剤を通して同時または順次に埋められることによって、最終製品における接着層内部では別途の層に区別されない。
【００７２】
より具体的に、前記半導体用接着剤だけを用いて前記被着体と第１半導体素子との間の空間および前記第１半導体素子を同時または順次に埋める段階は、前記被着体と前記被着体上にフリップチップ接続によって固定された第１半導体素子との間の空間および前記第１半導体素子を半導体用接着剤で埋める状態で、前記半導体用接着剤上に第２半導体素子を接着し、加圧オーブンで高温／高圧で硬化させる段階を通して第１半導体素子のソルダバンプ周辺、つまり、第１半導体素子と被着体との間の空間を第２半導体素子の接着層が埋めることもできる。
【００７３】
一方、封止工程は、前記半導体用接着剤およびこれから形成される接着層によって半導体装置を封止する工程である。このような封止工程は、被着体に搭載された第１半導体素子や前記第１半導体素子と被着体との間に形成されたフリップチップを保護するために行われる。
【００７４】
前記フリップチップを活用する場合、第１半導体素子を被着体にフリップチップ接続によって固定し、また、第１半導体素子の回路面が被着体と対向する、いわゆるフェイスダウン実装される。第１半導体素子にはバンプなどの突起電極が複数設置されており、突起電極と被着体上の電極が接続されている。前述のように、前記被着体と第１半導体素子との間には、通常のアンダーフィル材料の代わりに上述した接着層が充填されている。
【００７５】
前記接続方法としては特に限定されず、従来公知のフリップチップボンダによって接続することができる。例えば、第１半導体素子に形成されているバンプなどの突起電極を、被着体の接続パッドに被着された接合用の導電材（半田など）に接触させて押圧しながら導電材を溶融させることにより、第１半導体素子と被着体との電気的導通を確保し、第１半導体素子を被着体に固定させることができる（フリップチップボンディング）。一般に、フリップチップ接続時の加熱条件としては２４０乃至３００℃であり、加圧条件としては０．５乃至４９０Ｎである。
【００７６】
前記突起電極としてバンプを形成する時の材質としては、特に限定されず、例えば錫−鉛系金属材、スズ−銀系金属材、スズ−銀−銅系金属材、錫−亜鉛系金属材、錫−亜鉛−ビスマス系金属材などの半田類（合金）や、金系金属材、銅系金属材などが挙げられる。アンダーフィル材としては、従来公知の液状またはフィルム形状のアンダーフィル材を使用することができる。
【００７７】
前記第１半導体素子を埋める工程には、埋立用接着層を第２半導体素子に付着させ、第１半導体素子上にダイボンディングを行う。前記工程で接着層は、第１半導体素子をモールディングすると同時に第１半導体素子の周辺部には被着体と接触している。
【００７８】
前述のように、前記半導体用接着剤だけを用いて前記被着体と第１半導体素子との間の空間および前記第１半導体素子を同時または順次に埋める段階は、前記被着体と前記被着体上にフリップチップ接続によって固定された第１半導体素子との間の空間および前記第１半導体素子を半導体用接着剤で埋めた状態で、前記半導体用接着剤上に第２半導体素子を接着し加圧オーブンで高温／高圧で硬化させる段階を通して第１半導体素子のソルダバンプ周辺、つまり、第１半導体素子と被着体との間の空間を第２半導体素子の接着層が埋めることもできる。
【００７９】
前記熱処理を行う時の温度は５０乃至２００℃、０．０１乃至１．０ＭＰａの圧力で行うのが好ましく、９０℃乃至１８０℃、０．１乃至０．８ＭＰａで行うのがより好ましい。また、熱処理時間は０．１乃至１０時間で行うのが好ましく、０．５乃至７時間で行うのがより好ましい。
【００８０】
前記封止工程後に、封止樹脂を後硬化する後硬化工程を行ってもよい。前記後硬化工程においては、前記封止工程で硬化不足の封止樹脂を完全に硬化させる。前記後硬化工程での加熱温度は、封止樹脂の種類によって異なるが、例えば１６５乃至１８５℃の範囲内であり、加熱時間は０．５乃至８時間程度である。封止工程または後硬化工程を経ることによって半導体パッケージを製作することができる。
【発明の効果】
【００８１】
本発明によれば、既存のアンダーフィル工程を省略して半導体製造工程の効率を大きく向上させることができ、信号伝達効率および伝達速度を向上させることができる構造を有する半導体装置と、このような半導体装置を製造できる製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】発明の実施例で製造された半導体装置の断面を概略的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００８３】
発明を以下の実施例でより詳細に説明する。但し、以下の実施例は本発明を例示するためのものであって、本発明の内容が以下の実施例によって限定されるものではない。
【００８４】
[製造例：熱可塑性アクリレート樹脂の製造]
トルエン１００ｇにブチルアクリレート４０ｇ、アクリル酸エチル６０ｇ、アクリロニトリル１５ｇ、グリシジルメタクリレート１０ｇを混合して８０℃で約１２時間反応してグリシジル基が分枝鎖に導入されたアクリレート系樹脂（重量平均分子量約７０万、ガラス転移温度１０℃）を合成した。
【００８５】
[実施例１乃至５および比較例１乃至３：半導体接着用樹脂組成物および半導体装置の製造]
実施例１
（１）半導体接着用樹脂組成物溶液の製造
エポキシ樹脂の硬化剤のフェノール樹脂ＫＨ−６０２１（ＤＩＣ社製、ビスフェノールＡノボラック樹脂、水酸基当量１２１ｇ／ｅｑ、軟化点：１３３℃）５０ｇ、エポキシ樹脂ＲＥ−３１０Ｓ（日本化薬（株）製、ビスフェノールＡエポキシ樹脂、エポキシ当量１８０ｇ／ｅｑ、粘度[２５℃]：１５，０００ｍＰａ・ｓ）４０ｇ、低粘度の液状エポキシ樹脂ＳＥＪ−０１Ｒ（日本化薬（株）製、エポキシ当量１３０ｇ／ｅｑ、粘度[２５℃]：２５０ｍＰａ・ｓ）２６ｇ、前記製造例１で得られた熱可塑性アクリレート樹脂２０ｇ、シランカップリング剤（ＫＢＭ−４０３、信越化学工業（株）製、ガンマ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン）１ｇ、硬化促進剤２ＰＺ（四国化成工業（株）製、２−フェニルイミダゾール）０．２ｇ、および充填剤ＳＣ−２０５０（（株）アドマテックス製、球状シリカ、平均粒径約４００ｎｍ）５０ｇをメチルエチルケトン溶媒に混合して半導体接着用樹脂組成物溶液（固形分４０重量％濃度）を得た。
【００８６】
（２）半導体用接着層の製造
前記製造された半導体接着用樹脂組成物溶液を離型処理されたポリエチレンテレフタレートフィルム（厚さ３８μｍ）上に塗布した後、１１０℃で３分間乾燥して約１１０μｍ厚さの半導体用接着層を得た。
【００８７】
（３）半導体装置の製造
４０μｍ高さを有する鉛フリーソルダバンプ２４個を０．５ｍｍのピッチを有する第１半導体素子[５ｍｍ角、厚さ５０μｍ]をフリップチップボンダを利用してＢＧＡ基板に接着した。その際の条件は、温度２５０℃、圧力５０Ｎ、１０秒とした。
【００８８】
次いで、各実施例および比較例で製作した各接着層をそれぞれ温度７０℃の条件下で、１０ｍｍ角、厚さ８０μｍの半導体チップに貼り付けた。また、接着層付き第２半導体素子を第１半導体素子およびＢＧＡ基板に貼り付けながら第１半導体素子を埋めた。その際の条件は、温度１１０℃、圧力２ｋｇ、１秒とした。
【００８９】
実施例２乃至５および比較例１乃至３
下記表１に記載された成分および使用量を適用した点を除いて、実施例１と同様の方法で半導体接着用樹脂組成物溶液（固形分４０重量％濃度）および１１０μｍ厚さの半導体用接着層を得た。
【００９０】
【表１】
2019509620.tif 000003
【００９１】
ＫＤＳ−８１７０：液状エポキシ樹脂（國都化学（株）、ビスフェノールＦエポキシ樹脂、エポキシ当量１５７ｇ／ｅｑ、粘度[２５℃]：１，５００ｍＰａ・ｓ）
エポキシ樹脂ＥＯＣＮ−１０４Ｓ（日本化薬（株）、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、エポキシ当量２１４ｇ／ｅｑ、軟化点：９２℃）
ＨＰ−７２００（ＤＩＣ、エポキシ当量２５７ｇ／ｅｑ、軟化点：６１℃）
Ｒ−９７２（エボニックインダストリーズ、フュームドシリカ、平均粒径１７ｎｍ）
ＫＰＨ−Ｆ３０７５（（株）コーロン油化、水酸基当量：１７５ｇ／ｅｑ、軟化点７５℃）
ＧＰＨ−６５（日本化薬（株）、水酸基当量１９８ｇ／ｅｑ、軟化点：６５℃）
ＮＭＡ（國都化学（株）、酸無水物硬化剤、液体）
【００９２】
[実験例：半導体用接着層の物性評価]
実験例１：溶融粘度の測定
前記実施例および比較例でそれぞれ得られた接着層を厚さ６６０μｍとなるまで重畳して積層した後、６０℃のロールラミネーターを利用してラミネートした。以降、各試片を直径８ｍｍの円形に成形した以後、ＴＡ社のａｄｖａｎｃｅｄ  ｒｈｅｏｍｅｔｒｉｃ  ｅｘｐａｎｓｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ（ＡＲＥＳ）を用いて５ｒａｄ／ｓのせん断速度で、２０℃／分の昇温速度を適用して温度に応じた溶融粘度を測定した。
【００９３】
実験例２：第２接着層の第１半導体素子のモールディング特性測定
前記半導体装置の製造例のように、第２半導体素子が接着されたＢＧＡ基板を、加圧乾燥機で１３５℃、１時間、７気圧条件で熱処理し接着層を熱硬化させて半導体装置を製作した。製作された半導体装置を切断し、切断面を光学顕微鏡（２００倍）を使用して観察し、第１半導体素子の周辺にボイドなしによく埋めている場合を「○」、第１半導体素子の周辺にボイドが観察された場合を「×」として評価した。
【００９４】
実験例３：フリップチップ接続部周辺モールディング特性測定
前記実験例のように半導体装置を製作した後、Ｘ−ｒａｙ  ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ設備を活用して第１半導体と被着体との空間およびソルダバンプ周辺の埋立の可否を確認した。
【００９５】
半導体装置内部の第１半導体素子と被着体との間の空間またはソルダバンプ周辺がボイドなしによく埋めている場合は、フリップチップ接続部周辺のモールディング特性良好「○」、第１半導体素子と被着体との間の空間またはソルダバンプ周辺にボイドが観察される場合にはフリップチップ接続部周辺のモールディング特性不良「×」として評価した。
【００９６】
実験例４：信頼性評価（ＰｒｅｃｏｎＴＥＳＴ）
前記実験例２のように半導体装置を製造した以後、追加的に１７５℃で２時間連続硬化した。前記硬化後、前記基板を８５℃および８５％ＲＨの条件で４８時間露出し、ＩＰ  ｒｅｆｌｏｗ過程を３回実施し、肉眼とＳｃａｎｎｉｎｇ  Ａｃｏｕｓｉｔｉｃ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（ＳＡＴ）を通して基板と接着剤との間の剥離の程度を観察した。
【００９７】
実験例５：フィレット量測定
前記実験例２のように半導体装置を製作した後、第２半導体素子の周辺に拡散して出た接着剤の量を測定し、素子１個当たりの最もたくさん出た接着剤の長さを測定して３００μｍ以下である場合、フィレット特性良好「○」、前記最もたくさん出た接着剤の長さが３００μｍ超過である場合、フィレット特性不良「×」として評価した。
【００９８】
【表２】
2019509620.tif 000004
【００９９】
−チキソトロピー指数：５ｒａｄ／ｓのせん断速度および１１０℃温度での接着層の溶融粘度に対する０．５ｒａｄ／ｓのせん断速度および１１０℃温度での接着層の溶融粘度の比率
【０１００】
前記表２に示されているように、実施例１乃至５の半導体素子用接着層は、第２半導体素子の結合過程の高温で接着剤が流れてしまう現象や半導体素子の周縁に接着剤が流出してフィレットが形成される現象を防止することができ、また、第１半導体素子をボイド（ｖｏｉｄ）なしにモールディングすることができ、また、第１半導体素子の接続部周辺のモールディング特性も良好に実現できるという点が確認された。
【０１０１】
これに反し、比較例１の接着層においては、第２半導体素子の周縁に接着剤が過多に流出して、フィレットが形成された点が確認され、比較例２および３の接着層は第１半導体素子を埋める性能が低く、特に、第１半導体素子の接続部周辺にボイドが残ることになり、高温硬化および吸湿後のリフロー過程で基板と接着剤との間の剥離現象が発生した点が確認された。
【図１】
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【国際調査報告】
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2019509620.tif 000007
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